DE19637735C2 - Method and device for determining the dew point of a substance in a room - Google Patents

Method and device for determining the dew point of a substance in a room

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DE19637735C2 DE1996137735 DE19637735A DE19637735C2 DE 19637735 C2 DE19637735 C2 DE 19637735C2 DE 1996137735 DE1996137735 DE 1996137735 DE 19637735 A DE19637735 A DE 19637735A DE 19637735 C2 DE19637735 C2 DE 19637735C2
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Description

Gasförmige Stoffe besitzen eine als Taupunkt definierte Tem­ peratur, bei der gerade eben ein Phasenübergang von gasförmig nach flüssig oder von gasförmig nach fest stattfindet. Für jeden Partialdruck des Stoffes ist dieser Taupunkt fest defi­ niert und läßt sich aus der Dampfdruckkurve ablesen.Gaseous substances have a temperature defined as a dew point temperature at which just a phase transition from gaseous after liquid or from gaseous to solid. For Every partial pressure of the fabric has this dew point fixed niert and can be read from the vapor pressure curve.

Anschauliches Beispiel für diese Zusammenhänge ist die Bil­ dung von Morgen- bzw. Abendtau oder das Kondensieren von Luftfeuchtigkeit an kühlen Oberflächen. Die Ermittlung des Taupunktes kann also dazu dienen, eine Voraussage über das Eintreten einer Taubildung zu ermöglichen, sofern die Luft­ feuchtigkeit und die zu erwartende zum Beispiel nächtliche Abkühlung bekannt ist.A clear example of these relationships is the Bil dawn or evening dew or condensation of Humidity on cool surfaces. The determination of the So dew point can serve to make a prediction about that Allow dew to form, provided the air humidity and the expected nightly, for example Cooling is known.

Doch auch in technischen Verfahren, bei denen beispielsweise ein Stofftransport über die Gasphase oder auch nur Phasenum­ wandlungen in die Gasphase oder von der Gasphase in die feste oder flüssige Phase vorkommen, ist der Taupunkt der gasförmig vorliegenden Stoffe von enormer Bedeutung. Bei Aufdampfver­ fahren bestimmt er zum Beispiel die Maximaltemperatur, unter­ halb der überhaupt erst eine Materialabscheidung auf einem Substrat möglich ist.But also in technical processes, for example a mass transfer via the gas phase or even phase reversal conversions into the gas phase or from the gas phase into the solid or liquid phase, the dew point is the gaseous existing substances of enormous importance. With Aufdampfver drive, it determines the maximum temperature, for example half the first time a material separation on one Substrate is possible.

Zur Bestimmung des Taupunktes eines Stoffes in einer Umgebung oder einem Raum ist die Kenntnis seiner Konzentration oder genauer gesagt seines Partialdrucks in der Umgebung oder dem Raum erforderlich. Eine genaue Bestimmung des Partialdrucks gelingt mit einem empfindlichen Massenspektrometer. Dabei wird der zu beobachtende Stoff bzw. das zu beobachtende gas­ förmige Stoffgemisch ionisiert, die gegebenenfalls unter­ schiedlichen Ionen nach ihrer Masse getrennt und die Konzen­ tration und damit der Partialdruck des zu beobachtenden Stof­ fes über die Höhe des Meßsignals bestimmt. Massenspektrometer sind jedoch recht aufwendig und teuer in der Herstellung. Auch beim Meßverfahren zur Bestimmung des Partialdrucks mit Hilfe eines Massenspektrometers treten grundsätzliche Proble­ me auf. Unterschiedlich hohe Ionisierungsgrade der zu messen­ den Stoffe oder Massenüberlagerungen durch Ionen verschiede­ ner Gase mit gleicher Massenzahl können zu einer Verfälschung des Meßergebnisses führen oder erfordern zusätzliche aufwen­ dige Maßnahmen, um zu einem korrekten Meßergebnis zu gelan­ gen. Außerdem erfordert die Messung des Partialdrucks mit Hilfe von Massenspektrometern bei einem Druck von über 10-3 mbar einen Druckwandler, da die Messung nur unterhalb dieses Wertes erfolgen kann. Dabei müssen sämtliche Zuleitungen vom zu vermessenden Raum zum Massenspektrometer über den Taupunkt der zu messenden Substanz geheizt werden, um Kondensationen und damit Fehlmessungen zu vermeiden. Die Messung eines Par­ tialdrucks bei Gesamtdrücken oberhalb dieses Grenzwertes wird somit sehr aufwendig.To determine the dew point of a substance in an environment or room, knowledge of its concentration or more precisely its partial pressure in the environment or room is required. An accurate determination of the partial pressure is possible with a sensitive mass spectrometer. The substance to be observed or the gaseous substance mixture to be observed is ionized, separated if necessary by its mass under different ions and the concentration and thus the partial pressure of the substance to be observed are determined via the level of the measurement signal. However, mass spectrometers are quite complex and expensive to manufacture. Fundamental problems also occur in the measuring method for determining the partial pressure with the aid of a mass spectrometer. Different degrees of ionization of the substances to be measured or mass overlays by ions of different gases with the same mass number can lead to a falsification of the measurement result or require additional elaborate measures to achieve a correct measurement result. In addition, the measurement of the partial pressure with the aid of Mass spectrometers at a pressure of over 10 -3 mbar a pressure transducer, since the measurement can only take place below this value. All supply lines from the room to be measured to the mass spectrometer must be heated above the dew point of the substance to be measured in order to avoid condensation and thus incorrect measurements. The measurement of a partial pressure at total pressures above this limit value is therefore very complex.

Aus der CA-PS 1 301 477 ist ein Hygrometer zum Bestimmen des Feuchtegehalts in Luft oder in Gasen bekannt. Dabei wird ein piezoelektrischer Schwingquarz solange abgekühlt, bis Feuch­ tigkeit auf dem Quarz kondensiert. Aus der Bestimmung der Schwingungsfrequenz und der Umgebungstemperatur wird der Luftfeuchtigkeitsgehalt mit Hilfe bekannter Taupunktstabellen bestimmt.CA-PS 1 301 477 is a hygrometer for determining the Moisture content in air or in gases is known. In doing so, a Piezoelectric quartz crystal has cooled down until it is damp condensed on the quartz. From the determination of the Vibration frequency and the ambient temperature is the Humidity content using known dew point tables certainly.

Aus einem Artikel von H. Ziegler und K. Rolf in Sensors and Actuators, 11 (1987), Seite 37 bis 44, ist ein Quarzsensor zur Bestimmung der Luftfeuchtigkeit und des Taupunkts be­ kannt. Im Meßverfahren wird der Schwinger kontinuierlich ge­ kühlt und dabei die Veränderung der Schwingertemperatur, der Umgebungstemperatur sowie Amplitude und Frequenz der Schwin­ gung bestimmt und daraus der Taupunkt ermittelt.From an article by H. Ziegler and K. Rolf in Sensors and Actuators, 11 (1987), pages 37 to 44, is a quartz sensor to determine the air humidity and the dew point  knows. In the measuring process, the vibrator is continuously ge cools while changing the vibration temperature, the Ambient temperature as well as amplitude and frequency of the Schwin determined and the dew point determined.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, ein Verfah­ ren und eine Vorrichtung zur einfachen Bestimmung des Tau­ punktes eines Stoffes anzugeben, mit dem eine druckunabhängi­ ge und genaue Bestimmung des Taupunktes möglich ist.The object of the present invention is therefore a method ren and a device for easy determination of the dew point of a substance with which a pressure-independent i ge and exact determination of the dew point is possible.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung sowie eine zur Durchführung des Verfahrens ge­ eignete Vorrichtung sind den Unteransprüchen zu entnehmen. Das erfindungsgemäße Verfahren nutzt die Empfindlichkeit ei­ nes Schwingers auf Massenänderungen, die eine Veränderung der Eigenfrequenz des Schwingers bewirken. Wird der Schwinger oder eine Oberfläche des Schwingers auf eine Temperatur abge­ kühlt, die kleiner als der Taupunkt des Stoffes ist, so fin­ det ein Niederschlag (Kondensation) auf dieser Oberfläche des Schwingers statt. Die damit verbundene Massenerhöhung des Schwingers bzw. der schwingenden Masse führt zu einer Ernied­ rigung von dessen Eigenfrequenz. Durch Messung der Eigenfre­ quenz des Schwingers in Abhängigkeit von der Temperatur läßt sich so in einfacher Weise der Taupunkt ermitteln. Der Tau­ punkt ist die Temperatur, ab der weiterem Abkühlen eine Kon­ densation des Stoffes einsetzt.This object is achieved by a method with solved the features of claim 1. Other configurations the invention and a ge for performing the method suitable device can be found in the subclaims. The method according to the invention uses the sensitivity ei nes Schwingers on mass changes that change the Cause natural frequency of the transducer. Will the wringer or abge a surface of the transducer to a temperature cools that is less than the dew point of the fabric, so fin a precipitation (condensation) on this surface of the Schwingers instead. The associated increase in mass of Schwingers or the vibrating mass leads to a Ernied  of its natural frequency. By measuring the eigenfre frequency of the vibrator depending on the temperature the dew point can be easily determined. The dew point is the temperature from which a con densation of the substance.

Zur Feststellung einer Frequenzänderung des Schwingers rei­ chen zwei zeitlich beabstandete Frequenzmessungen aus. Als weitere Meßgröße neben der Frequenz des Schwingers ist ledig­ lich die Temperatur zu bestimmen. Nicht einmal die Eigenfre­ quenz des Schwingers muß exakt gemessen werden, da lediglich bestimmt werden muß, ob eine Veränderung der Eigenfrequenz auftritt. Die durch Kondensation unterhalb des Taupunktes stetig zunehmende Masse des Schwingers führt auch zu einer stetigen Verringerung der Eigenfrequenz. Daher kann auch mit einem unscharfen Meßverfahren für die Frequenz die Verände­ rung der Eigenfrequenz festgestellt werden, indem der zeitli­ che Abstand zwischen zwei Messungen erhöht wird.To determine a change in frequency of the vibrator two time-spaced frequency measurements. As any other measurand besides the frequency of the transducer is single to determine the temperature. Not even the Eigenfre The frequency of the transducer must be measured exactly, since only It must be determined whether there is a change in the natural frequency occurs. By condensation below the dew point steadily increasing mass of the vibrator also leads to a steady reduction in natural frequency. Therefore, with a fuzzy measurement method for the frequency changes tion of the natural frequency can be determined by the time che distance between two measurements is increased.

Mit dem Verfahren kann der Taupunkt eines Stoffes gemessen werden. Liegen in dem Raum mehrere Stoffe mit unterschiedli­ chen Taupunkten vor, so wird lediglich der höchstliegende Taupunkt bestimmt.With the method the dew point of a substance can be measured will. Are there several fabrics in the room with different materials? If there are dew points, only the highest one will be Dew point determined.

Unter dem Begriff Schwinger wird bei der Erfindung ein Fest­ körper verstanden, der gezielt zu einer Schwingung in seiner lediglich von der Masse abhängigen Eigenfrequenz angeregt werden kann. Vorzugsweise besteht der Schwinger aus einem piezoelektrischen Kristall, der mit flächenhaften Elektroden versehen ist. An die Elektroden wird eine Wechselspannung an­ gelegt, deren Frequenz mit der Frequenz der mechanischen Grundschwingung oder einer Oberschwingung des Kristalles übereinstimmt, so daß dieser in Resonanzschwingungen gerät.Under the term vibrator is a feast in the invention understood the body that is aimed at a vibration in its only excited by the mass-dependent natural frequency can be. The oscillator preferably consists of a piezoelectric crystal with flat electrodes is provided. An AC voltage is applied to the electrodes placed whose frequency with the frequency of the mechanical Fundamental or a harmonic of the crystal coincides, so that this gets into resonance vibrations.

Die Bestimmung des Taupunktes erfolgt in einem Raum, wobei unter Raum auch ein offener Raum, beispielsweise die natürli­ che Umgebung verstanden wird. In den meisten Fällen ist der Raum jedoch ein abgeschlossener Raum, insbesondere das Innere eines technischen Geräts, einer Vorrichtung, eines Hohllei­ tungssystems oder dergleichen mehr.The dew point is determined in a room, whereby an open space under space, for example the natural one environment is understood. In most cases it is  However, space is a closed space, especially the interior a technical device, a device, a hollow cable system or the like.

Die Ermittlung des Taupunktes kann in einem kontinuierlichen Verfahren erfolgen, bei dem die Temperatur kontinuierlich und solange verändert wird, bis der Taupunkt erreicht ist, an dem gerade eben keine Veränderung der Eigenfrequenz des Schwin­ gers mehr meßbar ist.The dew point can be determined in a continuous Process in which the temperature is continuous and until the dew point is reached at which just no change in the natural frequency of the Schwin gers is more measurable.

In vorteilhafter Weise wird die Temperatur des Schwingers je­ doch stufenweise variiert, um den Einfluß des Temperaturgangs des Schwingers auf die Meßgröße zu eliminieren. Auf jeder Temperaturstufe wird die Temperatur dann für einige Zeit kon­ stant gehalten. Bereits eine zweimalige Messung der Eigenfre­ quenz in einem ausreichenden Abstand innerhalb der gleichen Temperaturstufe reicht aus, eine Veränderung der Eigenfre­ quenz festzustellen. Je größer der Abstand zwischen den bei­ den Messungen gewählt wird, umso genauer ist die zu bestim­ mende Veränderung der Frequenz.The temperature of the vibrator is advantageously each but varied gradually to influence the temperature response of the transducer to eliminate the measured variable. On each Temperature level, the temperature is then con kept constant. A double measurement of the eigenfre quence at a sufficient distance within the same Temperature level is sufficient, a change in eigenfrequency to determine the sequence. The greater the distance between the at the measurements are selected, the more precise it is to be determined changing frequency.

Für ein solches Verfahren kann wie folgt vorgegangen werden. Es wird bei einer Temperatur T0 des Schwingers begonnen, wo­ bei T0 unterhalb des Taupunktes Tx des Stoffes liegt. Im er­ sten Schritt wird die Temperatur des Schwingers um ein Tempe­ raturintervall dT0 auf einen Wert T1 erhöht und für eine War­ tezeit bei dieser Temperatur gehalten. Die Eigenfrequenz f wird zumindest zweimal während dieser Haltezeit bestimmt und dabei die zeitliche Veränderung df/dt der Eigenfrequenz er­ mittelt. Liegt die Temperatur T1 unterhalb des Taupunktes Tx, so erfolgt eine Kondensation des Stoffes auf der Oberfläche des Schwingers. Dadurch bewirkte Massenerhöhung führt zu ei­ ner Verringerung der Eigenfrequenz und damit zu einem negati­ ven Ergebnis für df/dt. In diesem Fall wird die Temperatur im nächsten Schritt um ein weiteres Intervall dTn auf einen Wert Tn+1 erhöht, während einer Wartezeit auf dieser Temperatur gehalten und dabei erneut die Veränderung df/dt bestimmt. Bei negativen Werten für df/dt wird im nächsten Schritt erneut die Temperatur erhöht. Im Fall df/dt ≧ 0 dagegen wird im nächsten Schritt die Temperatur um ein Intervall dT ernied­ rigt, wobei für das Intervall dT gilt dTn < dTn+1. Dies ist insofern erforderlich, als der zu bestimmtende Taupunkt Tx zwischen der Temperatur, bei der df/dt erstmals ≧ 0 ist und der vorherigen niedrigeren Temperatur liegt. Das kleiner ge­ wählte Intervall für die Temperaturänderung dient dabei der näheren Bestimmung von Tx innerhalb des bereits bekannten In­ tervalls. Mit kleiner werdendem Intervall dT wird die Tempe­ ratur variiert, wobei für eine unterhalb des Taupunktes Tx liegende Temperatur die nächste Temperaturstufe höher, für eine oberhalb des Taupunktes liegende Temperatur, bei der die Veränderung df/dt einen positiven Wert annimmt, die darauf zu vermessende Temperaturstufe dagegen niedriger gewählt wird. Die Messung wird solange durchgeführt, bis die Veränderung df/dt gleich 0 ist und das letzte Intervall zur Veränderung der Temperatur kleiner gleich einem vorgegebenen Minimalin­ tervall ist. Die Vorgabe dieses Minimalintervalls entspricht einer gewünschten Meßgenauigkeit, mit der der Taupunkt be­ stimmt werden soll.The procedure for such a method can be as follows. It starts at a temperature T 0 of the vibrator, where at T 0 lies below the dew point T x of the material. In the first step, the temperature of the vibrator is increased by a temperature interval dT 0 to a value T 1 and held at this temperature for a waiting time. The natural frequency f is determined at least twice during this holding time and the time change df / dt of the natural frequency is determined. If the temperature T 1 is below the dew point T x , the substance condenses on the surface of the vibrator. The resulting increase in mass leads to a reduction in the natural frequency and thus to a negative result for df / dt. In this case, the temperature is increased in the next step by a further interval dT n to a value T n + 1 , held at this temperature during a waiting time and the change df / dt is determined again. If the values for df / dt are negative, the temperature is increased again in the next step. In the case of df / dt ≧ 0, on the other hand, the temperature is reduced by an interval dT in the next step, dT n <dT n + 1 being valid for the interval dT. This is necessary insofar as the dew point T x to be determined lies between the temperature at which df / dt is ≧ 0 for the first time and the previous lower temperature. The smaller ge selected interval for the temperature change serves the closer determination of T x within the already known interval. As the interval dT becomes smaller, the temperature is varied, the next temperature level being higher for a temperature below the dew point T x , and for a temperature above the dew point at which the change df / dt takes a positive value, the value to be measured thereon Temperature level, however, is chosen lower. The measurement is carried out until the change df / dt is 0 and the last interval for changing the temperature is less than or equal to a predetermined minimum interval. The specification of this minimum interval corresponds to a desired measurement accuracy with which the dew point is to be determined.

Wie bereits erwähnt nimmt die Veränderung der Eigenfrequenz df/dt negative Werte für die Temperaturen an, die unterhalb des Taupunktes liegen. Positive Werte für die Veränderung werden dagegen erhalten, wenn die Temperatur überhalb des Taupunktes liegt und auf der Oberfläche des Schwingers noch Reste des kondensierten Stoffes vorhanden sind. Oberhalb des Taupunktes gehen diese Reste in die Gasphase über, reduzieren so die Masse des Schwingers und erhöhen dessen Eigenfrequenz. Vorzugsweise wird das Verfahren zur Bestimmung des Taupunktes deshalb bei ausreichend niedrigen Temperaturen des Schwingers gestartet, damit eine ausreichende Menge des Stoffes auf der Oberfläche des Schwingers kondensieren oder aufsublimieren kann. In diesem Fall ist bei der Variation der Temperatur ga­ rantiert, daß auch bei mehrfachem Überschreiten des Taupunk­ tes durch Temperaturerhöhungen ausreichend Menge des Stoffes auf der Oberfläche des Schwingers vorhanden ist, um eine po­ sitive Veränderung df/dt zu messen. Dies ist auch vorteilhaft für die Bestimmung des Taupunkts Tx, für den eine Randbedin­ gung lautet, daß die Veränderung df/dt gleich 0 ist. Sofern noch Kondensat des Stoffes auf dem Schwinger vorhanden ist, ist diese Bedingung ausreichend zum Bestimmen des Taupunkts. Ist dagegen auf dem Schwinger keinerlei Kondensat des Stoffes mehr vorhanden, so gilt für alle oberhalb des Taupunktes Tx liegende Temperaturen: df/dt = 0. In diesem Fall ist es er­ forderlich, das obengenannte Verfahren anzuwenden und die Temperatur in einem weiteren Schritt um ein nochmals verrin­ gertes Temperaturintervall dT zu erniedrigen.As already mentioned, the change in the natural frequency df / dt takes on negative values for the temperatures which are below the dew point. In contrast, positive values for the change are obtained if the temperature is above the dew point and residues of the condensed material are still present on the surface of the transducer. Above the dew point, these residues go into the gas phase, reducing the mass of the transducer and increasing its natural frequency. The method for determining the dew point is therefore preferably started at sufficiently low temperatures of the vibrator so that a sufficient amount of the substance can condense or sublimate on the surface of the vibrator. In this case, when the temperature is varied, it is guaranteed that even if the dew point is exceeded several times due to temperature increases, there is sufficient amount of the substance on the surface of the transducer to measure a positive change df / dt. This is also advantageous for the determination of the dew point T x , for which a boundary condition is that the change df / dt is 0. If condensate of the substance is still present on the transducer, this condition is sufficient to determine the dew point. If, on the other hand, there is no more condensate of the substance on the transducer, the following applies to all temperatures above the dew point T x : df / dt = 0. In this case, it is necessary to use the above-mentioned method and to change the temperature in a further step to reduce a further reduced temperature interval dT.

In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfah­ rens wird dem in einem Raum ermittelten Taupunkt Tx des Stof­ fes der dazugehörige Partialdruck zugeordnet. Dazu wird mit dem ermittelten Taupunkt in der Dampfdruckkurve des Stoffes der dieser Temperatur entsprechende Druck ermittelt und dem Partialdruck des Stoffes zugewiesen. Bei bekannter Dampf­ druckkurve des Stoffes gelingt mit dem Verfahren so eine ein­ fache Bestimmung des Partialdrucks eines Stoffes in einem Raum.In a further embodiment of the method according to the invention, the associated partial pressure is assigned to the dew point T x of the material determined in a room. To do this, the dew point in the vapor pressure curve of the substance is used to determine the pressure corresponding to this temperature and to assign it to the partial pressure of the substance. If the vapor pressure curve of the substance is known, the method enables a simple determination of the partial pressure of a substance in a room.

Neben dem Taupunkt, der zur Herbeiführung oder Verhinderung von Abscheidungen aus der Gasphase bei technischen Prozessen mit Gasen oder gasförmig vorliegenden Stoffen eingesetzt wer­ den kann, gelingt mit der erfindungsgemäßen Bestimmung des Partialdrucks des Stoffes eine zusätzliche Kontrolle von technischen Verfahren, bei denen dem Partialdruck gasförmig vorliegender Stoffe eine Bedeutung zukommt. Beispiele für solche Prozesse sind chemische und/oder physikalische Verfah­ ren zur Materialabscheidung oder zum Materialabtrag, Gaspha­ senreaktionen oder Stofftrennverfahren über die Gasphase.In addition to the dew point, which is used to induce or prevent of gas phase deposits in technical processes with gases or gaseous substances that can be achieved with the inventive determination of Partial pressure of the substance an additional control of technical processes in which the partial pressure is gaseous existing substances are of importance. examples for such processes are chemical and / or physical processes ren for material separation or for material removal, gas phase reactions or mass separation processes via the gas phase.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt die Kontrolle solcher beispielhaft genannter technischer Verfahren. Dabei ist es möglich, Taupunkt und/oder Partialdruck des Stoffes bei gegebenen Umgebungsparametern einmalig zu bestimmen, so­ fern eine Veränderung bei konstant gehaltenen Parametern nicht zu erwarten ist. Möglich ist es jedoch auch, den Tau­ punkt und damit den Partialdruck quasi kontinuierlich und so­ mit dynamisch in solchen Verfahren zu beobachten, in denen sich wichtige, den Taupunkt oder den Partialdruck beeinflus­ sende Parameter verändern können.Control is achieved with the method according to the invention such technical processes mentioned as examples. Here it is possible dew point and / or partial pressure of the substance  to be determined once at given environmental parameters, see above far from a change with parameters kept constant is not expected. However, it is also possible to use the rope point and thus the partial pressure quasi continuously and so with dynamically observing in those processes where important, dew point or partial pressure can change send parameters.

Im folgenden wird das Verfahren und dazu verwendbare Vorrich­ tungen anhand von Ausführungsbeispielen und der dazugehörigen fünf Figuren näher erläutert.The following is the procedure and device that can be used tion based on exemplary embodiments and the associated five figures explained.

Fig. 1 zeigt in schematischer Darstellung eine mögliche Vor­ richtung zur Durchführung des Verfahrens. Fig. 1 shows a schematic representation of a possible device for performing the method.

Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm zur Durchführung des Verfah­ rens. Fig. 2 shows a flowchart for performing the procedure.

Fig. 3 gibt den zeitlichen Temperaturverlauf anhand eines Meßbeispiels. Fig. 3 shows the temperature curve over time with reference to a measurement example.

Fig. 4 zeigt die entsprechende gemessene zeitliche Verände­ rung der Eigenfrequenz f. Fig. 4 shows the corresponding measured temporal changes tion of the natural frequency f.

Fig. 5 zeigt die Dampfdruckkurve des im Ausführungsbeispiel gemessenen Stoffes. Fig. 5 shows the vapor pressure curve of the measured substance in the exemplary embodiment.

Fig. 1: Die gezeigte beispielhafte Vorrichtung besteht aus einem Schwinger Q, beispielsweise einem piezoelektrischen Schwingquarz, der zur Schwingungsanregung an zwei gegenüber­ liegenden Seiten mit Elektroden E versehen ist. Der Schwingquarz Q ist in einem beispielsweise geschlossenen Raum B, angeordnet, in dem der Taupunkt eines dort gasförmig vor­ liegenden Stoffes bestimmt werden soll. Der Raum ist bei­ spielsweise ein abgeschlossenes Volumen innerhalb eines Be­ hälters B. Über Zuleitungen EL sind die Elektroden E mit ei­ nem Schaltkreis SK verbunden. Im Schaltkreis SK werden elek­ trische Anregungsimpulse generiert, die über die Elektroden E auf den Schwinger Q übertragen werden und dabei diesen zu ei­ ner Schwingung in seiner Eigenfrequenz anregen. Desweiteren umfaßt die Vorrichtung in der Figur nur schematisch darge­ stellte Mittel H zum Heizen und/oder Kühlen des Schwingers Q, beispielsweise Hohlleitungen, die zur Führung eines Kühl- und/oder Heizmediums, beispielsweise einer Flüssigkeit oder eines Gases, geeignet sind. Mittel zum Heizen kann auch eine auf der Rückseite des Schwingers Q aufgebrachte Wider­ standsheizung sein. Die Heiz- und/oder Kühlmittel sind über die Zuleitungen ZL mit einem Thermostat TH verbunden. Eben­ falls mit dem Thermostat TH verbunden ist ein Temperaturmeß­ fühler TF auf der Oberfläche des Schwingers Q. Als weitere Meßvorrichtung sind Mittel zur Bestimmung der Schwingungsfre­ quenz des Schwingers Q vorgesehen. Vorzugsweise sind diese Mittel im Schaltkreis SK integriert, wobei als Meßfühler die Elektroden dienen können. Weiterer Bestandteil der Vorrich­ tung ist eine Steuervorrichtung SV, die die gemessene Schwin­ gungsfrequenz f des Schwingers Q überwacht. Mittels eines in­ tegrierten Timers wird nicht der ermittelte Absolutwert der Schwingungsfrequenz, sondern deren zeitliche Veränderung df/dt ermittelt. In Abhängigkeit davon, ob diese Veränderung df/dt größer, kleiner oder gleich 0 ist, wird der Thermostat TH veranlaßt, mittels der Mittel zum Heizen und/oder Kühlen am Schwinger eine höhere oder tiefere Temperatur T einzustel­ len. Insgesamt wird die Temperatur stufenweise und iterativ in Abhängigkeit von der gemessenen Veränderung df/dt variiert und dem Taupunkt Tx angenähert. Fig. 1: The exemplary device shown consists of a vibrator Q, such as a piezoelectric quartz crystal that is provided for oscillation excitation at two opposite sides with electrode E. The quartz crystal Q is arranged in a closed room B, for example, in which the dew point of a gas present there is to be determined. The space is, for example, a closed volume within a container B. The electrodes E are connected to a circuit SK via leads EL. In the circuit SK, electrical excitation pulses are generated which are transmitted to the oscillator Q via the electrodes E and thereby excite the oscillator at its natural frequency. Furthermore, the device in the figure includes only schematically Darge presented means H for heating and / or cooling of the vibrator Q, for example hollow pipes, which are suitable for guiding a cooling and / or heating medium, for example a liquid or a gas. Means for heating can also be a resistance heater applied to the back of the vibrator Q. The heating and / or cooling agents are connected to a thermostat TH via the supply lines ZL. Even if connected to the thermostat TH, a temperature sensor TF on the surface of the vibrator Q. As a further measuring device, means for determining the frequency of oscillation of the vibrator Q are provided. These means are preferably integrated in the circuit SK, and the electrodes can serve as measuring sensors. Another component of the device is a control device SV, which monitors the measured vibration frequency f of the vibrator Q. Using an integrated timer, it is not the absolute value of the oscillation frequency that is ascertained, but rather its temporal change df / dt. Depending on whether this change df / dt is greater, less than or equal to 0, the thermostat TH is caused to set a higher or lower temperature T by means of the heating and / or cooling means on the oscillator. Overall, the temperature is gradually and iteratively varied depending on the measured change df / dt and approximated to the dew point T x .

Wichtig ist, daß der Temperaturmeßfühler TF den Ort der nied­ rigsten Temperatur erfaßt und dieser auf dem Schwinger liegt, um Fehlmessungen zu vermeiden.It is important that the temperature sensor TF the location of the low rigorous temperature and this lies on the transducer, to avoid incorrect measurements.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist die Vor­ richtung noch eine Aufzeichnungseinheit zur Speicherung der gemessenen Werte für die Zeit tx, die Temperatur Tx und die Eigenfrequenz fx auf. Diese Aufzeichnungseinheit kann zum Beispiel ein digitaler Datenspeicher sein, der mit Thermostat bzw. Temperaturmeßfühler, Steuervorrichtung SV und Schalt­ kreis SK verbunden ist. Dies ist insbesondere für den noch darzulegenden Scanmodus von Bedeutung.In a further embodiment of the invention, the device also has a recording unit for storing the measured values for the time t x , the temperature T x and the natural frequency f x . This recording unit can be, for example, a digital data storage device which is connected to a thermostat or temperature sensor, control device SV and circuit SK. This is particularly important for the scan mode that is still to be described.

In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind daher die Zuleitungen ZL zu den Heiz- und/oder Kühlmitteln H ther­ misch gegen den Raum isoliert. Außerdem ist es möglich, die Kühlmittel so auszugestalten, daß nicht der vollständige Schwinger Q auf die gewünschte Meßtemperatur T abgekühlt wird. Es ist ausreichend, wenn ein Teil der Oberfläche im Ge­ biet um TF den Taupunkt unterschreitet, da der Schwinger be­ reits auf kleinste Massenveränderungen (im vorliegenden Fall eine Massenzunahme) reagiert und so zumindest das Vorzeichen der gemessenen Veränderung df/dt sicher angeben kann.In an advantageous embodiment of the invention are therefore the supply lines ZL to the heating and / or cooling agents H ther mix isolated against the room. It is also possible to Design coolant so that not the complete Chiller Q cooled to the desired measuring temperature T. becomes. It is sufficient if part of the surface in the ge offers below TF the dew point because the transducer be already on the smallest mass changes (in the present case a mass increase) reacts and so at least the sign of the measured change df / dt.

Eine weitere Randbedingung für die erfindungsgemäße Vorrich­ tung liegt darin, daß der Schwinger Q über einen weiten Tem­ peraturbereich arbeitet und daß der Taupunkt innerhalb dieses Temperaturbereichs bzw. Arbeitsbereichs des Schwingers liegt.Another boundary condition for the device according to the invention tion is that the oscillator Q over a wide tem temperature range works and that the dew point within this Temperature range or working range of the transducer is.

Ist der Stoff, dessen Taupunkt bestimmt werden soll, chemisch aggressiv, so ist zumindest der Schwinger Q, dessen Elektro­ den E und dessen Heiz- und/oder Kühlelemente H chemisch resi­ stent gegen den Stoff auszugestalten. Somit ist sicherge­ stellt, daß eine chemische Reaktion des Stoffes mit dem Schwinger Q oder einem damit verbundenen Teil zu keiner Mas­ senveränderung und damit zu keiner Veränderung der Schwin­ gungsfrequenz führen kann. Vorzugsweise sind sämtliche Teile der Vorrichtung chemisch gegen den Stoff resistent.The substance whose dew point is to be determined is chemical aggressive is at least the vibrator Q, its electro the E and its heating and / or cooling elements H chemically resi stent against the fabric. So it is safe represents that a chemical reaction of the substance with the Transducer Q or a related part to no Mas Changes in the senes and therefore no changes in the swine frequency can lead. Preferably all parts the device is chemically resistant to the substance.

Fig. 2 zeigt ein Ablaufdiagramm, mit dem eine erfindungsge­ mäße Bestimmung des Taupunktes eines Stoffes in einem Raum durchgeführt werden kann. Das Verfahren beginnt bei Start (1), bei dem die Boolsche Variable B, der Schalter S sowie die Zählvariablen auf 0 gesetzt werden. Vorgegeben ist eine Ausgangstemperatur T0, ein erstes Veränderungsintervall dT0, eine Iterationsvariable y, die zwischen 0 und maximal 0,5 ge­ wählt wird, vorzugsweise aber auch 0,5 eingestellt wird, so­ wie ein minimales Temperaturintervall dTmin, welches einer gewünschten Genauigkeit bei der Bestimmung für den Taupunkt Tx entspricht. Das erste Intervall dT0 wird deutlich größer als das Minimalintervall dTmin gewählt. Fig. 2 shows a flowchart with which a fiction, contemporary determination of the dew point of a substance can be carried out in a room. The process begins at start ( 1 ), at which the Boolean variable B, the switch S and the counter variables are set to 0. An initial temperature T 0 , a first change interval dT 0 , an iteration variable y, which is selected between 0 and a maximum of 0.5 ge, but is preferably also set to 0.5, is specified, such as a minimum temperature interval dT min , which has a desired accuracy corresponds to T x in the determination for the dew point. The first interval dT 0 is chosen to be significantly larger than the minimum interval dT min .

Mit den Startbedingungen, die in der Steuervorrichtung SV vorgegeben sind und mit Hilfe des Thermostaten Th und des Thermofühlers TF eingestellt werden, wird das Meßverfahren zur Taupunktsbestimmung begonnen. Unter der Vorraussetzung, daß die Temperatur T am Schwinger Q konstant ist, wird nun bei (2) die Veränderung df/dt der Schwingungsfrequenz f mit der Zeit t bestimmt. Bei (3) wird überprüft, ob das Ergebnis df/dt kleiner als 0 ist. Trifft dies zu, so liegt die einge­ stellte Temperatur Tn bzw. die Starttemperatur T0 unterhalb des Taupunktes. Durch Kondensation nimmt die Masse des Schwingers S zu, wobei dessen Schwingungsfrequenz f abnimmt. In diesem Fall wird der Schalter S bei (4) auf den Wert 1 ge­ setzt.With the starting conditions, which are specified in the control device SV and are set with the help of the thermostat Th and the thermal sensor TF, the measuring process for determining the dew point is started. Provided that the temperature T at the oscillator Q is constant, the change df / dt of the oscillation frequency f is determined in time (t) in ( 2 ). At ( 3 ) it is checked whether the result df / dt is less than 0. If this is the case, the set temperature T n or the start temperature T 0 is below the dew point. The mass of the oscillator S increases due to condensation, its oscillation frequency f decreasing. In this case, switch S is set to 1 at ( 4 ).

Bei (5) wird mit Hilfe des Thermostaten Th eine neue Tempera­ tur Tn+1 = Tn + SdTn (1 - yB) eingestellt, wobei die Schalter­ stellung S = 1 garantiert, daß es sich in diesem Fall um ei­ nen Aufheizprozeß um ein Temperaturintervall dTn handelt. Der Faktor (1 - yB) hat in dieser Phase keine Wirkung, da B noch auf 0 gesetzt ist.At ( 5 ) the thermostat Th is used to set a new temperature T n + 1 = T n + SdT n (1 - yB), the switch position S = 1 guaranteeing that this is a heating process is a temperature interval dT n . The factor (1 - yB) has no effect in this phase, since B is still set to 0.

Ist die neu eingestellte Temperatur Tn konstant, wird wieder­ um bei (2) die Veränderung der Schwingungsfrequenz f gemes­ sen. Solange das Ergebnis kleiner als 0 ist, schließen sich weitere Zyklen (4), (5), (2), (3) an, bis df/dt ≧ 0 ist. In diesem Fall ist entweder der Taupunkt Tx erreicht oder über­ schritten. Bei (6) wird nun überprüft, ob der Schalter S auf 1 gestellt ist, ob also die letzte Temperaturvariation zu ei­ ner Erhöhung der Meßtemperatur T geführt hat. Trifft dies zu, so wird bei (7) überprüft, ob das Temperaturintervall dT grö­ ßer als das Mindestintervall dTmin ist, ob also die letzte Temperaturvariation mit einem Intervall erfolgt ist, welches größer als die gewünschte Meßgenauigkeit ist. Dies trifft im Beispiel zu, da das Temperaturintervall dT im bisherigen Ver­ fahrenslauf noch nicht verändert wurde und daher noch die Startvoraussetzung dT0 << dTmin. Im nächsten Schritt wird bei (8) sicherheitshalber geprüft, ob der Taupunkt bereits er­ reicht ist, für den gilt df/dt = 0, wobei dieser Wert unter der Voraussetzung überprüft wird, daß auf dem Schwinger S noch Kondensat vorhanden ist. Ist diese Abfrage mit Ja zu be­ antworten, so ist die aktuelle Temperatur Tn mit dem Taupunkt Tx identisch, bei (11) wird daher dem Wert Tn der Wert Tx zu­ gewiesen, und das Verfahren endet bei (12). Sofern die Bedin­ gung bei (8) jedoch nicht erfüllt ist, wird die Boolsche Va­ riable B bei (9) auf 1 gesetzt. Bei (10) wird der Schalter S auf -1 gesetzt und anschließend bei (5) die Temperatur T er­ neut variiert. Mit S = -1 wird bewirkt, daß die Temperaturva­ riation nun zu einer Temperaturerniedrigung führt. Der Wert 1 für die Variable B bewirkt, daß das ursprüngliche Temperatu­ rintervall dTn mit einem Faktor (1 - y) multipliziert und da­ mit verringert wird. Da mit der vorherigen Temperaturerhöhung der Taupunkt Tx überschritten wurde, wird nun mit einer fei­ neren Temperatureinstellung versucht, sich dem Taupunkt von oben zu nähern. In Abhängigkeit von dem dem Schalter S zuge­ ordneten Wert (+1 oder -1) wird dabei die Temperatur stetig erhöht oder erniedrigt, wobei stets ein kleineres Temperatu­ rintervall zur Temperaturvariation gewählt wird.If the newly set temperature T n is constant, the change in the oscillation frequency f is measured again at ( 2 ). As long as the result is less than 0, further cycles ( 4 ), ( 5 ), ( 2 ), ( 3 ) follow until df / dt ≧ 0. In this case either the dew point T x has been reached or exceeded. At ( 6 ) it is now checked whether the switch S is set to 1, that is to say whether the last temperature variation has led to an increase in the measurement temperature T. If this is the case, it is checked at ( 7 ) whether the temperature interval dT is greater than the minimum interval dT min , that is to say whether the last temperature variation has occurred with an interval which is greater than the desired measurement accuracy. This applies in the example because the temperature interval dT has not yet been changed in the previous process run and therefore the start requirement dT 0 << dT min. In the next step, a check is made at ( 8 ) as to whether the dew point is already sufficient, for which df / dt = 0 applies, this value being checked provided that condensate is still present on the oscillator S. If this query is to be answered with yes, then the current temperature T n is identical to the dew point T x , in ( 11 ) the value T n is therefore assigned the value T x , and the method ends in ( 12 ). If the condition at ( 8 ) is not met, the Boolean variable B at ( 9 ) is set to 1. At ( 10 ) the switch S is set to -1 and then at ( 5 ) the temperature T he varies again. With S = -1 it is caused that the temperature variation now leads to a lowering of the temperature. The value 1 for the variable B causes the original temperature interval dT n to be multiplied by a factor (1 - y) and therefore reduced. Since the dew point T x was exceeded with the previous temperature increase, a finer temperature setting is now used to try to approach the dew point from above. Depending on the value assigned to the switch S (+1 or -1), the temperature is increased or decreased continuously, a smaller temperature interval for temperature variation being always selected.

Die Zyklen werden solange wiederholt, bis entweder die Bedin­ gung df/dt gleich 0 erfüllt ist oder bis bei Schalterstellung S = 1 das letzte zur Variation der Temperatur benutzte Tempe­ raturintervall dT kleiner gleich dem Mindestintervall dTmin ist. In diesem Fall wird jeweils der aktuellen Temperatur Tn die Taupunktstemperatur Tx zugewiesen, bzw. die gegenwärtige Temperatur als der Taupunkt erkannt. The cycles are repeated until either the condition df / dt equal to 0 is fulfilled or until the last temperature interval dT used to vary the temperature is less than or equal to the minimum interval dT min when switch S = 1. In this case, the current temperature T n is assigned the dew point temperature T x , or the current temperature is recognized as the dew point.

Eine weitere Verzweigung des Verfahrens setzt bei (6) ein, wo der Wert des Schalters S abgefragt wird. Die Bedingung S = 1 muß zur Taupunktserkennung deshalb erfüllt sein, da der Tau­ punkt die Temperatur ist, an der beim Aufheizen gerade eben keine Kondensation des Stoffes mehr stattfindet. Steht der Schalter nicht auf 1, wird er auf -1 gesetzt und erneut mit einer Temperaturvariation (Temperaturerniedrigung) bei (5) fortgefahren. Die eingebauten Verfahrensschleifen garantie­ ren, daß der Taupunkt nur dann erkannt wird, wenn er genau getroffen wird (df/dt gleich 0), wenn das Temperaturintervall gleich dem Minimalintervall ist und wenn der letzte Schritt der Temperaturvariation eine Temperaturerhöhung war.Another branch of the method begins at ( 6 ), where the value of the switch S is queried. The condition S = 1 must be fulfilled for dew point detection because the dew point is the temperature at which no more condensation of the substance takes place when heating up. If the switch is not set to 1, it is set to -1 and continued again with a temperature variation (temperature reduction) at ( 5 ). The built-in process loops guarantee that the dew point is only recognized if it is hit exactly (df / dt = 0), if the temperature interval is equal to the minimum interval and if the last step of the temperature variation was an increase in temperature.

Das anhand der Fig. 2 beispielhaft beschriebene interative Verfahren zur Taupunktsbestimmung ist nur eine Möglichkeit, wie der Taupunkt mit Hilfe der Erfindung ermittelt werden kann. Möglich ist es auch, das iterative Verfahren mit Hilfe einer Fuzzy-Steuerung durchzuführen, wobei gegebenenfalls ei­ ne schnellere Taupunktsermittlung möglich ist. Auch andere Verfahren mit anderen Eingabewerten sind möglich.The interactive method for dew point determination described by way of example with reference to FIG. 2 is only one possibility of how the dew point can be determined with the aid of the invention. It is also possible to carry out the iterative method with the aid of a fuzzy control, it possibly being possible to determine the dew point more quickly. Other methods with other input values are also possible.

Mit der Startbedingung df/dt < 0 kann zum Beispiel der Tau­ punkt auch folgendermaßen bestimmt werden: Die Temperatur des Schwingers wird mit konstant gehaltener Stufenhöhe dT stufen­ förmig so lange erhöht, bis df/dt < 0 wird. Zeitlicher Fre­ quenzverlauf und Temperaturverlauf des Schwingquarzes werden aufgezeichnet und abgespeichert. Durch mathematische Bestim­ mung des lokalen Minimums im (geglätteten) zeitlichen Fre­ quenzverlauf (df/dt = 0; d2f/dt2 < 0) wird der Zeitpunkt be­ stimmt, zu dem der Taupunkt erreicht war. Der für diesen Zeitpunkt korrespondierende Temperaturwert kann aus dem abge­ speicherten Temperaturverlauf entnommen werden und ist der gesuchte Taupunkt.With the start condition df / dt <0, for example, the dew point can also be determined as follows: The temperature of the transducer is increased in steps with a constant step height dT until df / dt <0. The frequency curve and the temperature curve of the quartz crystal are recorded and saved. The point in time at which the dew point was reached is determined by mathematically determining the local minimum in the (smoothed) temporal frequency curve (df / dt = 0; d 2 f / dt 2 <0). The temperature value corresponding to this point in time can be taken from the stored temperature profile and is the dew point sought.

In allen Fällen kann das Verfahren jedoch mit Hilfe eines Mi­ krocontrollers oder einer sonstigen mikroprozessorgesteuerten Steuervorrichtung SV durchgeführt und damit voll automati­ siert werden.In all cases, however, the process can be carried out with the help of a Mi krocontrollers or another microprocessor-controlled  Control device SV performed and thus fully automated be settled.

In den Fig. 3 und 4 sind Temperatur T bzw. Veränderung df/dt für ein konkretes Ausführungsbeispiel gegen die zeit aufgetragen und erläutern in einem konkreten Beispiel die iterative Annäherung an den Taupunkt Tx.In FIGS. 3 and 4, temperature T and variation are df / dt applied to a concrete embodiment against time and explained in a concrete example of the iterative approach to the dew point T x.

Fig. 3: Das Verfahren beginnt bei einer Temperatur T0 und zu einem Zeitpunkt T0. Bei konstanter Temperatur T wird geprüft, ob df/dt < 0 ist. Dieser zugehörige Meßwert df/dt ist aus Fig. 4 abzulesen. Da dies nicht der Fall ist, wird die Tempe­ ratur um ein Intervall dT0 auf die Temperatur T1 abgesenkt. Dort wird erneut die Veränderung der Schwingungsfrequenz überprüft und schließlich die Temperatur erneut um ein Inter­ vall dT1 auf die Temperatur T2 abgesenkt, da die Bedingung df/dt < 0 noch nicht erfüllt ist. Bei konstanter Temperatur T2 wird schließlich eine negative Veränderung der Schwin­ gungsfrequenz bestimmt. Daraus folgt, daß der gesuchte Tau­ punkt Tx zwischen T1 und T2 liegt. Im nächsten Iterations­ schritt wird daher die Temperatur um ein Intervall dT2 ange­ hoben, welches hier beispielsweise 0,5 × dT0 (y = 0,5) ist. Da die gemessene Veränderung df/dt immer noch kleiner 0 ist, wird erneut um ein Intervall dT3 erhöht, welches wiederum nur die Hälfte des vorhergehenden Temperaturintervalls dT2 be­ trägt. Da nun eine positive Veränderung der Schwingungsfre­ quenz beobachtet wird, wird die Temperatur um ein erneut hal­ biertes Intervall dT4 abgesenkt. Wegen der daraufhin negativ bestimmten Veränderung der Schwingungsfrequenz führen die nächsten beiden Iterationsschritte zu einer Temperaturerhö­ hung auf T6 bzw. T7. Es wird angenommen, daß die Bedingung df/dt = 0 für T7 erfüllt ist und und die Veränderung df/dt bei T6 kleiner 0 ist. T7 entspricht dann dem Taupunkt Tx. Doch auch wenn bei T7 eine positive Veränderung der Schwin­ gungsfrequenz gemessen wird, gleichzeitig df/dt bei T6 klei­ ner 0 ist und dT6 ≦ Tmin ist, wird T7 als Taupunkt erkannt, da das letzte Temperaturintervall im letzten Iterationszyklus kleiner war als dT min und damit kleiner war, als für die ge­ wünschte Genauigkeit bezüglich der Temperatur erforderlich. Fig. 3: The method begins at a temperature T 0 and at time T 0. At constant temperature T it is checked whether df / dt <0. This associated measured value df / dt can be read from FIG. 4. Since this is not the case, the temperature is lowered by an interval dT 0 to the temperature T 1 . There, the change in the oscillation frequency is checked again and finally the temperature is lowered again by an interval dT 1 to the temperature T 2 , since the condition df / dt <0 has not yet been met. At a constant temperature T 2 , a negative change in the oscillation frequency is finally determined. It follows that the dew point T x is between T 1 and T 2 . In the next iteration step, the temperature is therefore raised by an interval dT 2 , which here is, for example, 0.5 × dT 0 (y = 0.5). Since the measured change df / dt is still less than 0, it is increased again by an interval dT 3 , which in turn is only half of the previous temperature interval dT 2 . Since a positive change in the oscillation frequency is now observed, the temperature is reduced by a further halved interval dT 4 . Because of the subsequently determined change in the oscillation frequency, the next two iteration steps lead to a temperature increase to T 6 and T 7 . It is assumed that the condition df / dt = 0 is fulfilled for T 7 and that the change df / dt at T 6 is less than 0. T 7 then corresponds to the dew point T x . But even if a positive change in the oscillation frequency is measured at T 7 , at the same time df / dt at T 6 is smaller 0 and dT 6 ≦ T min , T 7 is recognized as a dew point because the last temperature interval in the last iteration cycle was smaller than dT min and was therefore smaller than required for the desired temperature accuracy.

Der in Fig. 3 dargestellte Iterationszyklus läßt sich auch anhand der gemessenen Werte df/dt in Fig. 4 nachverfolgen, die über der gleichen Zeitachse im gleichen Maßstab aufgetra­ gen sind. Wie in Fig. 3 sind die Temperaturstufen auch in Fig. 4 idealisiert un daher geglättet dargestellt. Da der Absolutwert der gemessenen Veränderung df/dt von der Abwei­ chung der Meßtemperatur vom Taupunkt abhängig ist, läßt sich auch aus der Kurve der Fortschritt der iterativen Annäherung an den gesuchten Wert Tx erkennen.The iteration cycle shown in FIG. 3 can also be tracked on the basis of the measured values df / dt in FIG. 4, which are plotted on the same time axis on the same scale. As in FIG. 3, the temperature levels are also shown in FIG. 4 idealized and therefore smoothed. Since the absolute value of the measured change df / dt depends on the deviation of the measurement temperature from the dew point, the progress of the iterative approach to the sought value T x can also be seen from the curve.

Eine beispielhafte Anwendung findet das erfindungsgemäße Ver­ fahren zum Beispiel bei der Bestimmung des Selen- oder Schwe­ fel-Partialdrucks während der Abscheidung von Verbindungs­ halbleiterschichten der Zusammensetzung CuIn(Se, S)2 (Kupferindiumdiselenid = CIS). Dünne Schichten aus CIS können beispielsweise zu Solarzellen weiterverarbeitet werden.The method according to the invention finds an exemplary application, for example in the determination of the selenium or sulfur partial pressure during the deposition of compound semiconductor layers of the composition CuIn (Se, S) 2 (copper indium diselenide = CIS). Thin layers of CIS can, for example, be processed into solar cells.

Für diese Bestimmung muß der Schwinger bzw. der Schwingquarz in einem Temperaturbereich von ca. 150 bis 350°C arbeiten können. Um in der reaktiven Selen haltigen Atmosphäre nicht zu korridieren, wird die aktive Oberfläche als Passivierungs­ schicht, zum Beispiel als dünne Aluminiumoxidschicht oder als Siliziumnitridschicht abgeschieden. Die elektrischen Kontakte können zum Beispiel mit einer dünnen Schicht aus Titannitrid oder Molybdännitrid beschichtet werden, die in Selenatmosphä­ re nicht korrodieren und als Diffusionsbarriere für Selen oder Schwefel wirken. Damit ist unter dieser Passivierungs­ schicht liegendes Elektrodenmaterial geschützt. Die Zu- und Ableitungen ZL können mit Inconel 601 ummantelt sein, das in Selenatmosphäre ausreichend korrosionsfest ist. Der Par­ tialdruck von Selen oder Schwefel soll innerhalb der Abschei­ devorrichtung während des Selenisierungsschrittes von dünnen Kupfer- und Indiumhaltigen Schichten zu CIS erfolgen. Mit dem gemessenen Wert gelingt die Einregelung einer Selen oder S- quelle auf einen definierten Partialdruck.The oscillator or quartz crystal must be used for this determination work in a temperature range of approx. 150 to 350 ° C can. Not in the reactive selenium-containing atmosphere The active surface is called passivation layer, for example as a thin aluminum oxide layer or as Silicon nitride layer deposited. The electrical contacts can, for example, with a thin layer of titanium nitride or coated with molybdenum nitride in a selenium atmosphere re not corrode and act as a diffusion barrier for selenium or sulfur. So that is under this passivation layered electrode material protected. The feed and Derivatives ZL can be coated with Inconel 601, which in Selenium atmosphere is sufficiently corrosion-resistant. The par tial pressure of selenium or sulfur is said to be within the separation device during the selenization step of thin Copper and indium-containing layers are made to CIS. With the  measured value, a selenium or S- source to a defined partial pressure.

Fig. 5: Wird nun während der Selenisierung der Taupunkt Tx innerhalb der Selenisierungsanlage bestimmt und beispielswei­ se auf einen Wert von 224°C bestimmt, so läßt sich der dazu­ gehörige Partialdruck auf der in der Figur dargestellten Dampfdruckkurve von Selen ermitteln und wird im vorliegenden Fall zu ca. 2 × 10-3 Torr bestimmt. Fig. 5: If the dew point T x is now determined within the selenization system during the selenization and, for example, is determined to a value of 224 ° C., the associated partial pressure can be determined on the vapor pressure curve of selenium shown in the figure and is described in the present case Case determined to be about 2 × 10 -3 Torr.

Das anhand konkreter Ausführungsbeispiele vorgestellte Ver­ fahren zur Bestimmung des Taupunktes und in der folge zur Be­ stimmung des Partialdrucks läßt sich auf beliebige flüchtige Substanzen ausdehnen, sofern die bereits angegebenen Randbe­ dingungen erfüllt sind.The Ver presented on the basis of specific exemplary embodiments drive to the determination of the dew point and subsequently to loading partial pressure can be adjusted to any volatile Extend substances, provided the Randbe already specified conditions are met.

Claims (11)

1. Verfahren zur Bestimmung des Taupunkts eines Stoffes in einem Raum (B) durch Variation der Temperatur eines Schwin­ gers (Q) und Bestimmung von dessen Eigenfrequenz
  • 1. - bei dem bei einer Temperatur T0 des Schwingers mit Aufhei­ zen begonnen wird, die unterhalb des Taupunktes Tx des Stoffes liegt
  • 2. - bei dem die Temperatur anschließend stufenweise von einer Temperatur Tn-1 um ein Intervall dTn-1 auf einen Wert Tn ge­ ändert wird
  • 3. - bei dem bei einer für eine Wartezeit konstant gehaltenen Temperatur Tn die Veränderung df/dt der Schwingungsfrequenz f bestimmt wird
  • 4. - bei dem die Temperatur um ein weiteres Intervall dTn auf einen Wert Tn+1 geändert wird, wobei die Temperatur im Fall df/dt ≧ 0 erniedrigt wird, im Fall df/dt < 0 dagegen erhöht wird und wobei erstmals im Fall df/dt ≧ 0 und für die wei­ teren Intervalle dT gilt dTn < dTn-1-
  • 5. - bei dem die Temperatur Tx, für die gilt: Tx-1 < Tx, df /dt = 0 und dTx-1 ≦ dTmin, dem Taupunkt zugewiesen wird, wobei dTmin ein der vorgegebenen Meßgenauigkeit entsprechendes Mi­ nimalintervall ist, dT0 << dTmin < 0 und 0 < n < x.
1. A method for determining the dew point of a substance in a room (B) by varying the temperature of a vibrator (Q) and determining its natural frequency
  • 1. - in which heating is started at a temperature T 0 of the vibrator which is below the dew point T x of the substance
  • 2. - at which the temperature is then gradually changed from a temperature T n-1 by an interval dT n-1 to a value T n ge
  • 3. - at which the change df / dt of the oscillation frequency f is determined at a temperature T n kept constant for a waiting time
  • 4. - at which the temperature is changed by a further interval dT n to a value T n + 1 , the temperature being reduced in the case of df / dt ≧ 0, on the other hand being increased in the case of df / dt <0 and for the first time in Case df / dt ≧ 0 and for the further intervals dT applies dT n <dT n-1-
  • 5. - at which the temperature T x , for which: T x-1 <T x , df / dt = 0 and dT x-1 ≦ dT min , is assigned to the dew point, dT min being a Mi corresponding to the specified measuring accuracy nimal interval, dT 0 << dT min <0 and 0 <n <x.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem die Ermittlung des Taupunktes quasi kontinuierlich in einem dynamischen Verfahren durchgeführt wird.2. The method according to claim 1, in which the determination of the dew point quasi continuously in a dynamic process is carried out. 3. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, bei dem in einer gegebenen Dampfdruckkurve des Stoffes mit der Temperatur Tx des Taupunkts der dieser Temperatur ent­ sprechende Druck ermittelt und dem Partialdruck des Stoffes in dem Raum zugeordnet wird.3. The method according to any one of claims 1 or 2, in which in a given vapor pressure curve of the substance with the temperature T x of the dew point the pressure corresponding to this temperature is determined and the partial pressure of the substance in the room is assigned. 4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, bei dem als Schwinger (Q) ein Schwingquarz verwendet wird.4. The method according to any one of claims 1 to 3, in which as Schwinger (Q) a quartz crystal is used. 5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, bei dem der Raum (B) ein geschlossener Raum ist, in dem der Taupunkt Tx bei gegenüber der Atmosphäre reduziertem Druck oder im Vakuuum bestimmt wird.5. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the space (B) is a closed space in which the dew point T x is determined at a reduced pressure relative to the atmosphere or in a vacuum. 6. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, umfassend
  • 1. - einen Schwinger (Q) mit massenabhängiger Eigenfrequenz
  • 2. - Mittel (H) zum Heizen und Kühlen des Schwingers
  • 3. - einen Temperaturmeßfühler (TF) zur Bestimmung der Tempera­ tur des Schwingers
  • 4. - Mittel (SK) zum Bestimmen der Eigenfrequenz und - einem Fuzzy-Regler als Steuervorrichtung (SV) zum Ermitteln einer zeitlichen Veränderung df/dt der Schwingungsfrequenz und zum Verändern der Temperatur in Abhängigkeit von der gemessenen Verände­ rung df/dt.
6. Device for performing the method according to one of claims 1 to 5, comprising
  • 1. - an oscillator (Q) with a mass-dependent natural frequency
  • 2. - Means (H) for heating and cooling the vibrator
  • 3. - a temperature sensor (TF) for determining the temperature of the transducer
  • 4. - means (SK) for determining the natural frequency and - a fuzzy controller as control device (SV) for determining a temporal change df / dt in the oscillation frequency and for changing the temperature as a function of the measured change df / dt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, bei der eine Aufzeichnungs- und Speichereinheit für T(t), f(t) vorgesehen ist.7. The apparatus of claim 6, wherein a recording and storage unit for T (t), f (t) is provided. 8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, bei dem zumindest als Mittel (H) zum Kühlen ein zirkulieren­ des Medium mit regelbarer Temperatur vorgesehen ist.8. The device according to claim 6 or 7, in which circulate at least as a means (H) for cooling the medium is provided with adjustable temperature. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, bei dem als Mittel zum Heizen (H) eine elektrische Wider­ standsheizung vorgesehen ist.9. Device according to one of claims 6 to 8, in which as a means of heating (H) an electrical resistance auxiliary heating is provided. 10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 9, bei, dem die Mittel (H) zum Heizen und/oder Kühlen ein in Lei­ tungen zirkulierendes Medium umfassen, wobei die zum Schwin­ ger (Q) hin- oder wegführenden Leitungen (ZL) thermisch gegen den Raum isoliert sind, in dem die Messung vorgenommen wird.10. The device according to one of claims 6 to 9, in which the means (H) for heating and / or cooling in Lei Circulating medium include, the to the Schwin thermally against (Q) leading or away lines (ZL) the room in which the measurement is taken is isolated. 11. Verwendung des Verfahrens und der Vorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche zur Bestimmung des Partialdrucks gasförmig vorliegender Stoffe bei Materialabscheide- oder Ma­ terialabtragsverfahren wie zum Beispiel Aufdampf-, CVD-, Plasmaabscheide- und Plasmaätzverfahren.11. Use of the method and the device according to one of the preceding claims for determining the partial pressure gaseous substances at material separation or Ma material removal processes such as vapor deposition, CVD, Plasma deposition and plasma etching processes.
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